(57)【要約】  発光素子２を駆動するスイッチング電源１と、発光素子２と並列に接続されたパルス駆動用スイッチング素子３と、発光素子２から出射した光の強度を検出する光検出器４と、スイッチング電源装置１から流れる電流を検出する電流検出素子６と、前記光検出器４の検出結果に基づくフィードバックループ演算および電流検出素子の検出結果に基づくフィードバックループ演算を行うことにより、スイッチング電源１の動作を制御する演算処理部８とを設け、発光素子をパルス発光させた場合においても、発光波形を安定化させる。
2011052418.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
発光素子を駆動するスイッチング電源と、
前記発光素子と並列接続されたパルス駆動用スイッチング素子と、
前記発光素子から出射された出射光の強度を検出する光検出器と、
前記スイッチング電源から流れる電流を検出する電流検出素子と、
前記光検出器の検出結果に基づくフィードバックループ演算および前記電流検出素子の検出結果に基づくフィードバックループ演算を行うことにより、前記スイッチング電源の動作を制御する演算処理部とを備えることを特徴とする光源駆動装置。
【請求項２】
前記演算処理部は、前記パルス駆動用スイッチング素子をオン／オフさせるタイミング信号に基づいて、前記光検出器の検出結果に基づくフィードバックループ演算と前記電流検出素子の検出結果に基づくフィードバックループ演算とを切り替えることを特徴とする請求項１に記載の光源駆動装置。
【請求項３】
前記演算処理部は、前記発光素子の発光期間に前記光検出器の検出結果に基づくフィードバックループ演算を実行し、前記発光素子の非発光期間に前記電流検出素子の検出結果に基づくフィードバックループ演算を実行することを特徴とする請求項１または２に記載の光源駆動装置。
【請求項４】
前記演算処理部は、前記光検出器の検出結果が発光強度目標値に近づくようにフィードバックループ演算を行うことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の光源駆動装置。
【請求項５】
前記電流検出素子の検出結果に基づくフィードバックループ演算の電流目標値は、前記発光素子の発光期間における前記電流検出素子の検出結果に基づいて設定されることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の光源駆動装置。
【請求項６】
前記光検出器の検出結果に基づくフィードバックループ演算の発光強度目標値は、前記発光素子の発光期間の初期は小さな値とし、時間とともに大きくなるように可変することを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の光源駆動装置。
【請求項７】
請求項１から６のいずれか１項に記載の光源駆動装置と、
前記光源駆動装置にて駆動される発光素子と、
前記発光素子をパルス発光させるタイミングを制御するタイミング制御部とを備えることを特徴とする画像表示装置。
【請求項８】
パルス発光されている発光素子から出射された出射光の強度に基づくフィードバックループ演算に基づいて、前記発光素子の発光期間における駆動電流を制御するステップと、
前記パルス発光されている発光素子を駆動するスイッチング電源から流れる電流に基づくフィードバックループ演算に基づいて、前記発光素子の非発光期間における電流を制御するステップとを備えることを特徴とする光源駆動方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は光源駆動装置、光源駆動方法および画像表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来からプロジェクションテレビでは、光源として各種ランプ（放電型キセノンランプ、メタルハライドランプまたはハロゲンランプ等の白色ランプ）を用い、ライトバルブとして液晶またはＤＭＤ（ディジタル・マイクロミラー・デバイス：登録商標）等の空間変調デバイスが用いられている。また、近年では、光源の長寿命化および画像の色再現範囲の拡大を目指して、発光ダイオードまたは半導体レーザを用いたプロジェクションテレビも製品化されつつある。【０００３】
発光ダイオードまたは半導体レーザを光源に用いたプロジェクションテレビでは、赤、緑、青それぞれ単色で発光する発光素子を用い、それらを人の目には点滅が分からないほど高速（数百Ｈｚから数ｋＨｚ）に時分割パルス発光するように駆動してカラー映像化している。また、ライトバルブにＤＭＤを用いたものは、階調表現方法として、各画素の表示時間の長さで明るさを表現するパルス幅変調方式が用いられることが多い（特許文献１）。【０００４】
ところで、パルス幅変調方式により階調表現した場合、正確に階調表現するためには、光源に用いた発光素子からの発光波形が個体間でバラツキがなく、温度変化および経時変化による変動もなく安定した波形である必要がある。一般的には、発光ダイオードまたは半導体レーザ等の発光素子は定電流駆動することで、発光強度が一定となる安定した発光波形を得ることができる。【０００５】
また、緑色領域や青色領域では、レーザ発振させただけでは十分な光量が得られないことが多い。そのため、例えば赤外レーザ光を発振させた後、ＳＨＧ（Ｓｅｃｏｎｄ  Ｈａｒｍｏｎｉｃ  Ｇｅｎｅｒａｔｏｒ）素子などの波長変換素子を用いて波長変換することで赤外レーザ光を１／２の波長の可視光に変換する技術が用いられる。【０００６】
波長変換素子を用いて波長変換する発光素子を制御する技術としては、半導体レーザからの発光強度を光検出素子で測定し、それに基づいて発光素子を制御する技術が提案されている（特許文献２）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００７−６５６７７号公報
【特許文献２】特開２００９−１４１１０７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、波長変換素子を用いてレーザ光を波長変換する発光素子は、定電流駆動を行ってもパルス発光させた時に、発光強度が一定にならないような個体があり、安定した発光波形を得ることができないことがあった。この原因としては、波長変換素子の特性のバラツキおよび組み立て上の僅かな誤差等が考えられている。【０００９】
また、定電流駆動することで、安定した発光波形を得ることができる発光ダイオードまたは半導体レーザであっても、温度変化または経時変化等により発光強度が変動し、パルス発光させたときに発光波形の波高値が変動することがあった。【００１０】
そのため、従来のプロジェクションテレビでは、光源の長寿命化および画像の色再現範囲の拡大を目指して半導体レーザを光源として用いた場合においても、階調を正確に表現することができないという問題があった。【００１１】
また、特許文献２には、半導体レーザからの発光強度の測定結果に基づいて発光素子を制御する技術が記載されているが、発光素子をパルス発光させた時に安定した発光波形を得ることができる光源駆動装置については記載されていない。【００１２】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、発光素子をパルス発光させた場合においても、発光波形を安定化させることが可能な光源駆動装置、光源駆動方法および画像表示装置を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記目的を達成するため、この発明にかかる光源駆動装置は、発光素子を駆動するスイッチング電源と、前記発光素子と並列接続され、前記発光素子をパルス発光させるパルス駆動用スイッチング素子と、前記発光素子から出射された出射光の強度を検出する光検出器と、前記スイッチング電源から流れる電流を検出する電流検出素子と、前記光検出器の検出結果に基づくフィードバックループ演算および前記電流検出素子の検出結果に基づくフィードバックループ演算を行うことにより、前記スイッチング電源の動作を制御する演算処理部とを備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
この発明によれば、発光素子をパルス発光させた場合においても、発光波形を安定化させることが可能という効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】図１は、本発明に係る光源駆動装置の実施の形態１の概略構成を示すブロック図である。
【図２】図２は、図１のスイッチング電源１の一例を示す回路図である。
【図３】図３は、図１の光源駆動装置のタイミング信号Ｐ１とパルス駆動用スイッチング素子３の状態と発光素子２に流れる駆動電流Ｉと出射光Ｌの発光波形の関係を示す図である。
【図４】図４は、図１の演算処理回路８の発光期間における演算処理を示すフローチャートである。
【図５】図５は、図１の発光素子２として波長変換素子を用いたレーザダイオードを適用した時の発光素子２の駆動電流Ｉと出射光Ｌの発光波形の関係を示す図である。
【図６】図６は、発光強度指令値Ｐ２が一定でない場合の発光強度指令値Ｐ２と出射光Ｌの発光波形の一例を示す図である。
【図７】図７は、発光強度目標値が一定の時の発光素子２の発光初期の発光強度目標値と駆動電流Ｉと出射光Ｌの発光波形の関係を示す図である。
【図８】図８は、発光強度目標値を変化させた時の発光素子２の発光初期の発光強度目標値と駆動電流Ｉと出射光Ｌの発光波形の関係を示す図である。
【図９】図９は、本発明に係る光源駆動装置を搭載した画像表示装置の実施の形態２の概略構成を示すブロック図である。
【図１０】図１０は、図９の光源駆動部１４の概略構成の一例を示すブロック図である。
【図１１】図１１は、赤用タイミング信号ＰＲ、緑用タイミング信号ＰＧおよび青用タイミング信号ＰＢと赤用発光素子２Ｒ、緑用発光素子２Ｇおよび青用発光素子２Ｂの発光波形の関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下に、本発明に係る光源駆動装置および画像表示装置の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。
【００１７】
実施の形態１．
図１は、本発明に係る光源駆動装置の実施の形態１の概略構成を示すブロック図である。図１において、一定の直流（ＤＣ）電圧ＶＤ１がスイッチング電源１に入力される。スイッチング電源１の出力に発光ダイオードまたは半導体レーザ等の発光素子２が接続される。なお、半導体レーザは、レーザ光を波長変換する波長変換素子を含んでいてもよい。また、スイッチング電源１は、演算処理回路８から出力されるＰＷＭ信号Ｐ３に基づいて、発光素子２を駆動する駆動電流Ｉを生成することができる。
【００１８】
発光素子２と並列にパルス駆動用スイッチング素子３が接続される。パルス駆動用スイッチング素子３としては、電界効果トランジスタまたはバイポーラトランジスタ等の半導体スイッチを使用することができる。なお、パルス駆動用スイッチング素子３は、タイミング信号Ｐ１に基づいてオン／オフすることにより、発光素子２をパルス発光させることができる。
【００１９】
また、発光素子２から出射した出射光の発光強度を検出する光検出器４が配置される。光検出器４の位置については、発光素子２からの相対的な発光強度が検出できればよいので、特に規定するものではない。光検出器４は、発光強度を電圧に変換するものであり、例えば、フォトダイオード等の光センサーとその微弱電流を増幅する増幅器より構成することができる。光検出器４の出力がアナログ／デジタルコンバータ（ＡＤＣ）５に入力される。また、発光素子２およびパルス駆動用スイッチング素子３と直列に電流検出素子６が接続される。電流検出素子６は電流値を電圧に変換するものであり、例えばシャント抵抗またはホール素子等を使用することができる。そして、電流検出素子６の出力がアナログ／デジタルコンバータ（ＡＤＣ）７に入力される。なお電流検出素子６の出力が小さい場合は、電流検出素子６とアナログ／デジタルコンバータ７の間に増幅器を接続するようにしてもよい。
【００２０】
アナログ／デジタルコンバータ５の出力とアナログ／デジタルコンバータ７の出力が演算処理回路８に入力される。そして、発光素子２の発光タイミングを制御するタイミング信号Ｐ１が、パルス駆動用スイッチング素子３と演算処理回路８に入力される。なお、発光素子２の発光強度を決める発光強度指令値Ｐ２については、演算処理回路８の内部に予め設定するようにしてもよいし、外部制御回路（図には示していない）より演算処理回路８に設定するようにしてもよい。
【００２１】
演算処理回路８は、発光強度指令値Ｐ２から発光強度目標値を設定し、発光強度目標値とアナログ／デジタルコンバータ５からの出力値を基に誤差を算出し、その誤差が小さくなるようにフィードバックループ演算を実行し、パルス幅変調したＰＷＭ信号Ｐ３をスイッチング電源１に出力することができる。なお、発光強度目標値は、発光素子２の発光期間の初期には発光素子２の発光の立ち上がり特性に基づいて設定するようにしてもよい。また、演算処理回路８は、発光期間のアナログ／デジタルコンバータ７の出力に基づいて非発光期間の電流目標値を設定し、電流目標値とアナログ／デジタルコンバータ７からの出力値を基に誤差を算出し、その誤差が小さくなるようにフィードバックループ演算を実行し、パルス幅変調したＰＷＭ信号Ｐ３をスイッチング電源１に出力することができる。このように、演算処理回路８は、発光素子２の発光期間には、アナログ／デジタルコンバータ５からの出力値に基づくフィードバックループ演算を実行し、発光素子２の非発光期間には、アナログ／デジタルコンバータ７からの出力値に基づくフィードバックループ演算を実行するものである。
【００２２】
なお、演算処理回路８には、マイコン（マイクロ・コンピュータ）、ＤＳＰ（Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｓｉｇｎａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）等のマイクロプロセッサを使用することができる。また、マイクロプロッセサの中には、アナログ／デジタルコンバータを内蔵したものもあり、アナログ／デジタルコンバータ５、７はマイクロプロセッサに内蔵のアナログ／デジタルコンバータを使用しても構わない。
【００２３】
図２は、図１のスイッチング電源１の一例を示す回路図である。図２において、スイッチング電源１には、電源用スイッチング素子１ａ、還流ダイオード１ｂ、チョークコイル１ｃおよび平滑コンデンサ１ｄが設けられ、降圧型ＤＣ／ＤＣコンバータが構成されている。そして、スイッチング電源１は、演算処理回路８から入力されるＰＷＭ信号Ｐ３に従って電源用スイッチング素子１ａをオン／オフ制御し、ＤＣ電圧ＶＤ１を基に出力電圧ＶＤ２を可変することができる。電源用スイッチング素子１ａにてオン／オフ制御されたＤＣ電圧ＶＤ１は、チョークコイル１ｃおよび平滑コンデンサ１ｄにて平滑され、リプルの少ない出力電圧ＶＤ２が生成される。また、電源用スイッチング素子１ａがオフの時にも電流が流れ続けるように、電源用スイッチング素子１ａの出力に還流ダイオード１ｂが接続されている。なお、スイッチング電源１の方式については特に規定するものではなく、降圧型ＤＣ／ＤＣコンバータ以外であっても、出力電圧ＶＤ２が可変できるものであれば他の方式でも構わない。
【００２４】
以下、本実施の形態１の動作について詳細に説明する。図１において、スイッチング電源１には、電圧値が一定のＤＣ電圧ＶＤ１が入力されている。このように、出力電圧ＶＤ２を可変することができるスイッチング電源１の出力に発光素子２とパルス駆動用スイッチング素子３が接続されている。このような回路構成において、パルス駆動用スイッチング素子３をオフの状態にすると、発光素子２に電流が流れ、発光素子２を発光させることができる。また、パルス駆動用スイッチング素子３をオンの状態にすると、発光素子２に電流が流れなくなり、発光を止めることができる。
【００２５】
なお、以上のような回路構成において、パルス駆動用スイッチング素子３がオンした時に、パルス駆動用スイッチング素子３に過大な電流が流れないようにするために、出力電圧のリプルは少し大きくなるが、スイッチング電源１の平滑コンデンサ１ｄが省略されることもある。
【００２６】
図３は、図１の光源駆動装置のタイミング信号Ｐ１とパルス駆動用スイッチング素子３の状態と発光素子２に流れる駆動電流Ｉと出射光Ｌの発光波形の関係を示す図である。図３において、例えば、タイミング信号Ｐ１がハイレベルＨの時、パルス駆動用スイッチング素子３がオフ、タイミング信号Ｐ１がロウレベルＬの時、パルス駆動用スイッチング素子３がオンになるとすると、タイミング信号Ｐ１がハイレベルＨの時は発光素子２に電流が流れ、発光素子２は発光する。一方、タイミング信号Ｐ１がロウレベルＬの時は、パルス駆動用スイッチング素子３に電流が流れ、発光素子２に電流が流れなくなり、発光は止まる。
【００２７】
このようにタイミング信号Ｐ１に従って、パルス駆動用スイッチング素子３をオン／オフ制御することで、発光素子２をパルス発光させることができる。
【００２８】
次に、演算処理回路８の動作について説明する。光検出器４の出力は、アナログ／デジタルコンバータ５にてデジタル化され、演算処理回路８に入力される。また、電流検出素子６の出力は、アナログ／デジタルコンバータＡＤＣ７にてデジタル化され、演算処理回路８に入力される。そして、演算処理回路８において、アナログ／デジタルコンバータ５からの出力データとアナログ／デジタルコンバータ７からの出力データをタイミング信号Ｐ１に従って切り換えられながら演算処理が実行される。
【００２９】
一例として、演算処理回路８にマイコンを用いたときの処理フローについて以下に詳細に説明する。演算処理回路８では、フィードバックループ制御で用いられているＰＩ（Ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎａｌ  Ｉｎｔｅｇｒａｌ）制御の演算処理を実行している。発光素子２の発光期間は、アナログ／デジタルコンバータ５の出力データを基にＰＩ制御の演算処理を実行し、非発光期間はアナログ／デジタルコンバータ７の出力データを基にＰＩ制御の演算処理を実行するものである。これら２つの演算処理の切り換えは、タイミング信号Ｐ１をマイコンの割り込み端子に入力し、割り込み処理により実行することができる。また、入出力端子に接続し、ポーリング処理により実行しても構わない。
【００３０】
図４は、図１の演算処理回路８の発光期間における演算処理を示すフローチャートである。図４において、アナログ／デジタルコンバータ５の出力データを発光強度検出値として読み込む（ステップＳ１）。次に、発光強度指令値Ｐ２を発光強度目標値として設定する（ステップＳ２）。次に、発光強度目標値と発光強度検出値の差を誤差とする（ステップＳ３）。次に、比例ゲイン（定数）と誤差の積を比例誤差とする（ステップＳ４）。次に、積分ゲイン（定数）と誤差の積を積分誤差とする。積分誤差を前回の積分誤差との和とする（ステップＳ５）。次に、比例誤差と積分誤差の和を求めＰＩ値とする（ステップＳ６）。次に、ＰＩ値を適当な値でスケーリングしてＰＷＭ信号Ｐ３のデューティを決定する（ステップＳ７）。なお、上述した演算処理は、ＰＷＭ信号Ｐ３の基になるＰＷＭ信号Ｐ３と同周波数のキャリア信号、またはマイコンの内部タイマ等に同期して定期的に実行することができる。
【００３１】
以上のような演算処理から求められたＰＷＭ信号Ｐ３が、スイッチング電源１に送られる。スイッチング電源１は、そのＰＷＭ信号Ｐ３に従って出力電圧ＶＤ２を可変し、発光素子２の発光強度が発光強度指令値Ｐ２になるように動作する。
【００３２】
次に、発光素子２の非発光期間における演算処理フローについて説明する。基本的な演算処理フローは図４と同じである。相違点は、検出値を変えることと、目標値、比例ゲインおよび積分ゲインに設定する値である。この検出値はアナログ／デジタルコンバータ７からの電流検出値とし、比例ゲインおよび積分ゲインは非発光期間の制御ループに合った最適な値を設定する。また、目標値は、発光期間に発光素子２に流れている駆動電流Ｉを基にほぼ同じ電流値に設定することが好ましい。
【００３３】
電流目標値を発光期間に発光素子２に流れている電流値とほぼ同じ値にすることで、非発光期間から発光期間に切り換わった時に、発光素子２に流れる電流変動が少なくなり、発光初期の発光を安定にすることができる。もし、電流目標値を発光期間の電流値よりも大きな値に設定すると、発光初期に発光素子２に過大な電流が流れ、異常発光を起こすことがある。また、電流目標値を発光期間の電流値より小さな値に設定すると、発光初期の駆動電流Ｉが小さくなり、発光が安定するまでに時間が掛かることがある。なお、発光期間に発光素子２に流れている電流値は、アナログ／デジタルコンバータ７のデータをサンプリングすることでいつでも測定することができる。電流目標値に設定する値としては、発光期間にサンプリングした任意の一点のデータで構わないが、任意の複数点のデータの平均値、もしくは全データの平均値であっても構わない。またそれらの値に、適当な演算処理を実行した値であっても構わない。
【００３４】
なお、以上の説明において、フィードバックループ制御演算はＰＩ項のみの演算処理であったが、微分項が含まれている演算処理であっても構わない。
【００３５】
このように、非発光期間の演算処理フローにおいて、発光期間に発光素子２に流れている電流値を基にほぼ同じ値に電流目標値を設定することで、非発光期間から発光期間に切り換わった時の発光素子２に流れる電流変動を少なくすることができ、発光初期の異常発光や発光の遅れを抑制することができる。
【００３６】
次に、駆動電流と発光強度が比例関係にない発光素子２を光源駆動装置にて駆動した時の発光波形について説明する。
【００３７】
図５は、図１の発光素子２として波長変換素子を用いたレーザダイオードを適用した時の発光素子２の駆動電流Ｉと出射光Ｌの発光波形の関係を示す図である。なお、図５（ａ）は、定電流駆動したときの発光波形であり、図５（ｂ）は、図１の光源駆動装置により駆動したときの発光波形である。
【００３８】
図５において、波長変換素子を用いたレーザダイオードも、基本的には駆動電流Ｉと出射光Ｌの発光強度は比例関係にあるが、個体によっては、一定電流で駆動した場合に、発光強度が一定に落ち着くまでに数１００μｓ〜数ｍｓ程度の時間が必要なものがある。そのようなレーザダイオードを発光期間が数１００μｓ程度になるようにパルス駆動すると、定電流駆動では図５（ａ）に示すような右肩上がりの発光波形になる。
【００３９】
これに対して、図１の光源駆動装置によれば、そのようなレーザダイオードであっても、図５（ｂ）に示すように、発光期間の発光強度指令値Ｐ２を一定値にすることで、発光強度が一定となるような発光波形を生成させることができる。なお、このようなレーザダイオードを駆動する場合において、出射光Ｌの発光強度が一定になるようにするためには、フィードバックループ制御の応答特性を早くした方がよい場合があり、比例ゲインおよび積分ゲインの最適化が必要な場合もある。
【００４０】
ところで、発光ダイオードや波長変換素子を用いていないレーザダイオードは、駆動電流Ｉと出射光Ｌの発光強度はほぼ比例関係にある上、応答速度も速いためパルス発光であっても、定電流駆動することで発光強度がほぼ一定となるような発光波形を得ることができる。ただし、そのような発光ダイオードやレーザダイオードであっても、定電流駆動では個体間で発光強度にバラツキが生じたり、温度により発光強度が変動する等の問題がある。このような場合においても、図１の光源駆動装置によれば、発光ダイオードやレーザダイオードの個体間の発光強度バラツキまたは温度による発光強度変動を改善することができる。
【００４１】
以上のように本実施の形態１によれば、光源に用いた発光素子２の発光強度とスイッチング電源１から流れる電流（電流検出素子６の出力）の両方を演算処理回路８にフィードバックし、発光期間は発光強度を基にフィードバックループ演算を実行し、非発光期間はスイッチング電源１から流れる電流を基にフィードバックループ演算を実行するようにしたので、発光素子２をパルス発光駆動した時に発光強度が一定となるような安定した発光波形を得ることができる。
【００４２】
なお、上述した説明は、発光期間の発光強度が一定になるような発光波形、つまり発光期間内の発光強度指令値Ｐ２が一定であるような場合であるが、発光期間内の発光強度指令値Ｐ２は一定である必要はなく、変数であっても構わない。その場合、発光波形も発光強度指令値Ｐ２に従って変化させることができる。
【００４３】
図６は、発光強度指令値Ｐ２が一定でない場合の発光強度指令値Ｐ２と出射光Ｌの発光波形の一例を示す図である。図６において、例えば、発光強度指令値Ｐ２を発光時間とともに大きくなるような値に設定した場合、発光波形も発光強度が時間とともに大きくなる。
【００４４】
次に、発光期間の初期状態、つまり発光波形の立ち上がり波形について詳細に説明する。
【００４５】
図７は、発光強度目標値が一定の時の発光素子２の発光初期の発光強度目標値と駆動電流Ｉと出射光Ｌの発光波形の関係を示す図である。
【００４６】
図７において、発光素子２と並列に接続したパルス駆動用スイッチング素子３をオフすることで発光素子２には急激（立ち上がり時間：数１００ｎｓ程度）に電流が流れる。一般に電流が流れてから発光素子２が発光するまでの時間は数１００ｎｓ程度であるが、波長変換素子を用いたレーザダイオードでは、波長変換素子の特性バラツキおよび組み立て上の僅かな誤差等により、発光するまでに数μｓ程度時間が必要なものがある。
【００４７】
そのような発光素子２に対し、発光期間に切り替わった初期から発光強度目標値を一定値に設定すると、発光の遅れにより発光強度目標値と発光強度検出値の誤差が大きくなり、ＰＩ値が大きくなってスイッチング電源１の出力電圧ＶＤ２が高くなる。その結果、発光期間の初期に大きな駆動電流Ｉが発光素子２に一時的に流れ、発光波形がオーバーシュートして一定値に落ち着くようになる。そのような状態になると、発光素子２の駆動電流Ｉおよび発光強度が定格以上になることがあり、信頼性が低下する。
【００４８】
このため、演算処理回路８で実行するフィードバックループ演算の発光強度目標値を、発光期間の初期は小さな値とし、時間とともに大きくなるように可変するようにしてもよい。発光強度目標値と発光強度検出値の誤差が所定値（例えば、発光強度指令値の半分）よりも大きくなる期間が所定期間以下になるように、発光強度目標値を時間に対して変化するように設定すればよい。所定値と所定期間は、発光素子の発光の立ち上がり特性とフィードバック制御系の制御特性からオーバーシュートが発生しないように決める。所定値は、発光強度検出値が発光強度目標値に近づくに従い小さくしてもよい。
【００４９】
図８は、発光強度目標値を変化させた時の発光素子２の発光初期の発光強度目標値と駆動電流Ｉと出射光Ｌの発光波形の関係を示す図である。図８において、定常状態での発光強度指令値Ｐ２をＰａとした場合、発光期間の初期では、演算処理を実行する毎に発光強度目標値を０．５×Ｐａ、０．９×Ｐａ、０．９５×Ｐａ、Ｐａと可変する。このようにすることで、発光の遅れがあっても発光強度目標値と発光強度検出値の誤差を小さくすることができ、ＰＩ値が大きくならないため、発光初期に過大な電流が流れなくなり、発光波形のオーバーシュートを抑制することができる。
【００５０】
このように、発光初期では演算処理回路８で実行するフィードバックループ演算の発光強度目標値を発光素子２の発光特性に基づいて設定することで、発光初期における発光波形のオーバーシュートを抑制することができ、発光素子２の信頼性を向上させることができる。
【００５１】
実施の形態２．
図９は、本発明に係る光源駆動装置を搭載した画像表示装置の実施の形態２の概略構成を示すブロック図である。図９において、画像表示装置には光源部１３が設けられ、光源部１３には、赤用発光素子２Ｒ、緑用発光素子２Ｇ、青用発光素子２Ｂおよび光源駆動部１４が設けられている。なお、赤用発光素子２Ｒ、緑用発光素子２Ｇおよび青用発光素子２Ｂとしては、例えば、発光ダイオードまたはレーザダイオードを用いることができ、レーザダイオードには波長変換素子を含んでいてもよい。また、光源駆動部１４は、赤用発光素子２Ｒ、緑用発光素子２Ｇおよび青用発光素子２Ｂを駆動することができる。
【００５２】
そして、外部映像機器より映像データＥＤおよび同期信号ＳＤが受信部９に入力される。受信部９に入力された映像データＥＤは、映像データ処理部１０に送られる。映像データ処理部１０に送られた映像データは、空間変調器制御部１２に入力される。受信部９に入力された同期信号ＳＤはタイミング信号としてタイミング制御部１１に入力される。タイミング制御部１１からは、空間変調器制御部１２および光源部１３の光源駆動部１４にタイミング信号が送られる。
【００５３】
空間変調器制御部１２からはライトバルブ１８へ映像表示するための映像データが送られる。光源駆動部１４からは赤用発光素子２Ｒ、緑用発光素子２Ｇおよび青用発光素子２Ｂを駆動するための電流が供給される。赤用発光素子２Ｒ、緑用発光素子２Ｇおよび青用発光素子２Ｂから出射した出射光は、光ファイバ１５、集光管１６、レンズ１７、ライトバルブ１８およびレンズ１９を順次通ってスクリーン２０に到達する。また、赤用発光素子２Ｒ、緑用発光素子２Ｇおよび青用発光素子２Ｂと光ファイバ１５の間には、赤用発光素子２Ｒ、緑用発光素子２Ｇおよび青用発光素子２Ｂからの漏光をそれぞれ検出する光検出器４Ｒ、４Ｇ、４Ｂが配置され、光源駆動部１４と接続されている。
【００５４】
図１０は、図９の光源駆動部１４の概略構成の一例を示すブロック図である。図１０において、光源駆動部１４には、赤用発光素子２Ｒを駆動する赤用光源駆動装置１４Ｒ、緑用発光素子２Ｇを駆動する緑用光源駆動装置１４Ｇおよび青用発光素子２Ｂを駆動する青用光源駆動装置１４Ｂが設けられている。なお、赤用光源駆動装置１４Ｒ、緑用光源駆動装置１４Ｇおよび青用光源駆動装置１４Ｂとしては、図１の光源駆動装置から光検出器４を除いた構成をそれぞれ用いることができる。なお、赤用光源駆動装置１４Ｒ、緑用光源駆動装置１４Ｇおよび青用光源駆動装置１４Ｂは、図１と同様の光源駆動装置を用いるようにしてもよいが、波長変換素子を用いたレーザダイオードからなる赤用発光素子２Ｒ、緑用発光素子２Ｇまたは青用発光素子２Ｂを図１と同様の光源駆動装置で駆動し、それ以外の赤用発光素子２Ｒ、緑用発光素子２Ｇまたは青用発光素子２Ｂを定電流光源駆動装置で駆動するようにしてもよい。
【００５５】
赤用光源駆動装置１４Ｒ、緑用光源駆動装置１４Ｇおよび青用光源駆動装置１４Ｂには、光検出器４Ｒ、４Ｇ、４Ｂがそれぞれ接続され、赤用タイミング信号ＰＲ、緑用タイミング信号ＰＧ、青用タイミング信号ＰＢがそれぞれ入力されている。また、赤用光源駆動装置１４Ｒ、緑用光源駆動装置１４Ｇおよび青用光源駆動装置１４Ｂには、図には示していないが、画像表示装置内部のＡＣ／ＤＣ（交流／直流）変換回路により商用電源から変換された一定のＤＣ電圧ＶＤ１が供給されている。なお、図１に示した発光強度指令値Ｐ２については、赤用光源駆動装置１４Ｒ、緑用光源駆動装置１４Ｇおよび青用光源駆動装置１４Ｂに予め設定するようにしてもよいし、もしくは画像表示装置内部の制御回路（図には示していない）より設定するようにしてもよい。
【００５６】
以下、本実施の形態の動作について詳細に説明する。図９において、受信部９に入力された映像データＥＤは、映像データ処理部１０に送られる。映像データ処理部１０では、ＣＲＴの特性に合わせてガンマ補正されている映像データＥＤを、映像データＥＤと明るさの関係がリニアになるように逆ガンマ補正する。次に、映像データ処理部１０では、逆ガンマ補正された映像データＥＤを基に、映像データＥＤの階調に合わせて各画素の発光時間を可変するパルス幅変調処理を行う。パルス幅変調された映像データＥＤは空間変調器制御部１２に送られる。空間変調器制御部１２では、パルス幅変調された映像データＥＤを基にライトバルブ１８の画素をオン／オフ制御する信号を出力する。ライトバルブ１８では、オン時間が長い画素は明るくなり、オン時間が短い画素は暗くなるように入射した光を空間変調する。
【００５７】
受信部９に入力された同期信号ＳＤは、タイミング信号としてタイミング制御部１１に送られる。タイミング制御部１１では、空間変調器制御部１２からライトバルブ１８に送る映像データＳＤと、光源駆動部１４が赤用発光素子２Ｒ、緑用発光素子２Ｇおよび青用発光素子２Ｂを駆動するタイミングとが同期するように空間変調器制御部１２と光源駆動部１４に赤用タイミング信号ＰＲ、緑用タイミング信号ＰＧおよび青用タイミング信号ＰＢを送る。
【００５８】
光源駆動部１４は赤用タイミング信号ＰＲ、緑用タイミング信号ＰＧおよび青用タイミング信号ＰＢにそれぞれ合わせて、赤用発光素子２Ｒ、緑用発光素子２Ｇおよび青用発光素子２Ｂを順次駆動する。その結果、赤用発光素子２Ｒ、緑用発光素子２Ｇおよび青用発光素子２Ｂは、赤用タイミング信号ＰＲ、緑用タイミング信号ＰＧおよび青用タイミング信号ＰＢにそれぞれ同期して順次発光する。
【００５９】
赤用発光素子２Ｒ、緑用発光素子２Ｇおよび青用発光素子２Ｂから出射した光は光ファイバ１５を通って、集光管１６で一本にまとめられる。一本にまとめられた光はレンズ１７を通ってライトバルブ１８に照射される。ライトバルブ１８では、空間変調器制御部１２から送られてくる映像データを基に、照射された光をオン／オフ制御する。オン期間は照射された光がレンズ１９を通ってスクリーン２０に到達するように空間変調し、オフ期間は照射された光がレンズ１９を通ってスクリーン２０に到達しないように空間変調する。そのようにして映像データＥＤに基づいてライトバルブ１８で空間変調された光がスクリーン２０に投影され、画像として表示される。
【００６０】
図１１は、赤用タイミング信号ＰＲ、緑用タイミング信号ＰＧおよび青用タイミング信号ＰＢと赤用発光素子２Ｒ、緑用発光素子２Ｇおよび青用発光素子２Ｂの発光波形の関係を示す図である。図１１において、赤用発光素子２Ｒ、緑用発光素子２Ｇおよび青用発光素子２Ｂは、赤用タイミング信号ＰＲ、緑用タイミング信号ＰＧおよび青用タイミング信号ＰＢにそれぞれ同期して光源駆動部１４により時分割に順次駆動されて発光している。そして、赤用発光素子２Ｒ、緑用発光素子２Ｇおよび青用発光素子２Ｂの発光期間に同期して空間変調器制御部１２から各色の映像データがライトバルブ１８に送られ、スクリーン２０に各色の映像データに対応した画像が時分割に表示される。各色の映像データはスクリーン２０に時分割に順次表示されるが、表示周期が高速（数１００Ｈｚ〜数ｋＨｚ）であるため、目の残像効果により鑑賞者には特に違和感なくカラー映像として認識される。
【００６１】
以上のような画像表示装置においては、映像データの階調表現方法はパルス幅変調方式を使用している。パルス幅変調方式により階調表現する場合、階調を正確に表現するためには、振幅つまり発光素子の発光強度が安定している必要がある。発光強度が安定していないと、階調が正確に表現されず、階調飛び等の現象が現れる。その結果、微妙に濃淡が変わるような映像を表示したときに、擬似カラーが発生する等の不具合が起きる。なお、パルス幅変調方式において、同色の発光素子個体間で発光波形にバラツキがなく、温度および経時変化により発光波形が変動しなければ、発光期間の発光強度は一定である必要はなく、任意の波形であっても構わない。
【００６２】
このような画像表示装置において光源部１３に図１の光源駆動装置を搭載し、赤用発光素子２Ｒ、緑用発光素子２Ｇおよび青用発光素子２Ｂを駆動することで、同色の赤用発光素子２Ｒ、緑用発光素子２Ｇおよび青用発光素子２Ｂ個体間で発光波形のバラツキがなく、また温度および経時変化により発光波形が変動しないような安定した発光波形を得ることができる。その結果、画像表示装置の階調を正確に表現することができる。
【産業上の利用可能性】
【００６３】
以上のように本発明に係る光源駆動装置は、発光素子をパルス発光させた場合においても、発光波形を安定化させることができ、半導体レーザを光源として用いたプロジェクションテレビの階調表現を高精度化する方法に適している。
【符号の説明】
【００６４】
１  スイッチング電源
１ａ  電源用スイッチング素子
１ｂ  還流ダイオード
１ｃ  チョークコイル
１ｄ  平滑コンデンサ
２  発光素子
２Ｒ  赤用発光素子
２Ｇ  緑用発光素子
２Ｂ  青用発光素子
３  パルス駆動用スイッチング素子
４、４Ｒ、４Ｇ、４Ｂ  光検出器
５、７  アナログ／デジタルコンバータ
６  電流検出素子
８  演算処理回路
９  受信部
１０  映像データ処理部
１１  タイミング制御部
１２  空間変調器制御部
１３  光源部
１４  光源駆動部
１４Ｒ  赤用光源駆動装置
１４Ｇ  緑用光源駆動装置
１４Ｂ  青用光源駆動装置
１５  光ファイバ
１６  集光管
１７  レンズ
１８  ライトバルブ
１９  レンズ
２０  スクリーン
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【手続補正書】
【提出日】平成23年11月30日(2011.11.30)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
発光素子を駆動するスイッチング電源と、
前記発光素子と並列接続されたパルス駆動用スイッチング素子と、
前記発光素子から出射された出射光の強度を検出する光検出器と、
前記スイッチング電源から流れる電流を検出する電流検出素子と、
前記光検出器の検出結果に基づくフィードバックループ演算および前記電流検出素子の検出結果に基づくフィードバックループ演算を行うことにより、前記スイッチング電源の動作を制御する演算処理部とを備え、
前記演算処理部は、前記パルス駆動用スイッチング素子をオン／オフさせるタイミング信号に基づいて、前記光検出器の検出結果に基づくフィードバックループ演算と前記電流検出素子の検出結果に基づくフィードバックループ演算とを切り替えることを特徴とする光源駆動装置。
【請求項２】
前記電流検出素子の検出結果に基づくフィードバックループ演算の電流目標値は、前記発光素子の発光期間における前記電流検出素子の検出結果に基づいて設定されることを特徴とする請求項１に記載の光源駆動装置。
【請求項３】
前記演算処理部は、前記発光素子の発光期間に前記光検出器の検出結果に基づくフィードバックループ演算を実行し、前記発光素子の非発光期間に前記電流検出素子の検出結果に基づくフィードバックループ演算を実行することを特徴とする請求項１または２に記載の光源駆動装置。
【請求項４】
前記演算処理部は、前記光検出器の検出結果が発光強度目標値に近づくようにフィードバックループ演算を行うことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の光源駆動装置。
【請求項５】
前記光検出器の検出結果に基づくフィードバックループ演算の発光強度目標値は、前記発光素子の発光期間の初期は小さな値とし、時間とともに大きくなるように可変することを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の光源駆動装置。
【請求項６】
請求項１から５のいずれか１項に記載の光源駆動装置と、
前記光源駆動装置にて駆動される発光素子と、
前記発光素子をパルス発光させるタイミングを制御するタイミング制御部とを備えることを特徴とする画像表示装置。
【請求項７】
パルス発光されている発光素子から出射された出射光の強度に基づくフィードバックループ演算に基づいて、前記発光素子の発光期間における駆動電流を制御するステップと、
前記パルス発光されている発光素子を駆動するスイッチング電源から流れる電流に基づくフィードバックループ演算に基づいて、前記発光素子の非発光期間における電流を制御するステップとを備えることを特徴とする光源駆動方法。
【国際調査報告】
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